淺談剪力墻肢的抗震設計

近年來隨著高層建筑的不斷增加，剪力墻結構，框架剪力墻結構和框架核心筒結構得到廣泛的應用，剪力墻肢已成為多高層鋼筋混凝土抗震結構中起關鍵作用的結構部件；如何設計好這類結構（尤其是剪力墻肢的設計）成為結構設計人員最關心的問題。

1 剪力墻肢抗震設計的基本思路

把《建筑抗震設計規范》的設計條文歸納一下，對于各墻段的高度與墻段長度之比大于3的剪力墻肢，其抗震基本思路如下：①剪力墻肢應設計成延性墻肢，強震時剪力墻肢可以進入屈服后狀態；②一般來講剪力墻肢的墻底截面彎矩和剪力均為最大，塑性鉸出現在剪力墻肢底部截面的可能性最大也更為現實，國家相關規范也都是提出一系列措施引導塑性鉸出現在墻肢底部截面；③為了提高塑性鉸區高度范圍內剪力墻肢的延性性能，對墻肢底部加強區部位應采取加強措施；④強震時剪力墻容易發生剪切破壞，在達到一定位移延性之前應采取措施保證墻肢不會提前發生剪切破壞。

以上這些抗震設計思路為基本的設計思路，可能有些具體問題還值得大家進一步研究思考，應根據工程復雜情況進行具體分析，本人通過工程實踐總結了以下兩點值得注意的問題：①剪力墻肢底部出現塑性鉸時，抗水平力剛度會急劇下降，側向變形加大，內力在豎向構件中進行重分布，在框架剪力墻和框架核心筒結構中框架部分將承擔更大的水平力，這部分水平力在多遇地震作用下是無法考慮清楚的，規范對這部分框架結構的總剪力也進行了調整，其框架剪力按0.2V0和1.5Vfmax二者的最大值采用，保證框架結構不至于因墻肢出現塑性鉸而導致過早的破壞。如何保證墻肢底部截面不出現過早屈服，成為保證整體結構安全的關鍵因素，其措施是保證墻肢底部加強區部位配筋滿足多遇地震作用力的計算要求且應滿足一定的構造措施，適當加強配筋也是必要的。建議在規范現有的基礎上適當增大剪力墻肢底部截面的抗彎能力和抗剪能力（如提高箍筋體積配箍率，加大截面尺寸，加強縱筋等），保證墻肢底部截面不過早形成塑性鉸；②一般高層建筑的剪力墻結構，框架剪力墻結構或框架核心筒結構的剪力墻或核心筒沿建筑高度連續布置，某些建筑因為建筑布置需要在中間某個樓層設置了轉換層，因為轉換層樓層梁平面剛度很大，計算時會發現轉換層上下樓層剪力墻肢或核心筒壁中的彎矩會相當大，容易在轉換層上下層部位形成薄弱層，對于這種建筑布置的情況，建議通過調整轉換層上下樓層的抗彎能力和抗剪能力（加大豎向構件的截面尺寸等措施）來避免塑性鉸發生在轉換層上下樓層的墻肢中，這樣更加符合我們對墻肢的設計要求！

2 實現剪力墻肢抗震目標的措施

（1）剪力墻底部截面以上的墻肢組合彎矩進行放大調整。在墻肢底部加強區及以上一個樓層的高度范圍內，墻肢的組合彎矩及剪力均不調整，也就是在這個高度范圍內剪力墻各截面的縱向鋼筋，分布筋等均不加大，抗彎及抗剪能力不增強，而將這個高度范圍以外的上部墻肢截面組合彎矩均放大1.2倍，保證不會在墻肢底部及以上一個樓層的高度范圍外形成一個薄弱截面，保證塑性鉸區在墻肢底部的一定范圍內產生，使之更加符合我們的抗震設計思路。并按放大后的截面彎矩和相應截面軸力，截面剪力來作上部剪力墻截面的設計，目的是希望在墻肢底部塑性鉸形成的過程中上部不出現新的可能屈服的截面。

（2）強剪弱彎。與框架梁柱類似，在剪力墻肢底部出現塑性鉸且墻肢的屈服后變形達到預計的大震下位移延性之前，強剪弱彎是避免剪力墻肢出現剪切失效的有效措施，強剪弱彎主要由兩方面來保證，一方面可以通過對構件截面組合剪力的放大，使墻肢在作用剪力可能偏大時仍能保證所需的高延性；另一方面則要求抗震抗剪公式能反應墻肢在屈服后達到足夠大的位移延性系數時的抗剪能力。小剪跨比的墻肢更容易出現剪切破壞，對這類墻肢應作出更為嚴格的要求；由于施工技術方面的原因施工過程難免會在剪力墻肢水平方向留設施工縫，施工縫處難免形成一個薄弱部位，《高層建筑混凝土結構技術規程》規定抗震墻肢還應當對施工縫的抗剪能力進行驗算，施工縫處抗剪是沿水平剪切破壞面的抗剪能力，它不同于在腹板中因混凝土斜向壓潰而形成的斜壓型剪切破壞，也不同于沿斜裂縫的剪壓型或斜拉型剪切破壞，試驗研究表明，這種剪切破壞只能用剪摩擦理論來解釋，規范也是依此來建立抗剪公式的，設計時應注意對施工縫處的抗剪能力進行補充驗算！

（3）提高塑性鉸區高度范圍內墻肢延性能力的第一個措施：軸壓比限值。大部分墻肢處在偏心受壓狀態，因此與柱相同，使墻肢軸壓比不超過規范規定的限值是保證墻肢延性的首要措施，避免墻肢受壓區混凝土過早壓潰。《建筑抗震設計規范》規范中規定一二三級抗震墻肢在重力荷載代表值作用下墻肢的軸壓比：抗震等級為一級時9度區不宜大于0.4，其它烈度區不宜大于0.5抗震等級為二三級時不宜大于0.6；與柱的軸壓比限值對比可以發現規范規定墻肢的軸壓比限值偏低；這是因為：一方面與柱實體截面相比，墻肢端部（特別是一字型墻肢兩端和T型截面墻肢無翼緣的一端）的壓潰對應的混凝土極限壓應力比柱偏小，故墻肢軸壓比比柱要求嚴格是合理的；另一方面一般計算出來墻肢的軸壓比比柱偏小（這是因為在受荷從屬面積相同的情況下，柱的截面一般較小，而墻肢雖然厚度不大，但是長度較長，故截面通常相對柱的截面偏大），因此規范規定的墻肢軸壓比限值不會引起設計困難。

（4）提高塑性鉸區高度范圍內墻肢延性能力的另外一個措施：設置剪力墻肢邊緣構件。與框架柱類似，墻肢的彎矩和剪力大部分為正負交替作用，墻肢的邊緣處于受壓狀態，通過配置箍筋加強約束可以提高這部分混凝土的極限壓應變和抗壓強度，縱筋也由于箍筋的約束不容易出現局部失穩，提高了墻肢的位移延性。規范把邊緣構件設置分為兩種：約束邊緣構件和構造邊緣構件；約束邊緣構件設置在剪力墻肢底部塑性鉸區部位，通過對箍筋體積配箍率，縱筋配筋率等的構造要求加強配筋，滿足塑性鉸區高延性的要求；構造邊緣構件設置在墻肢塑性鉸區以外的墻肢邊緣，滿足配筋構造要求即可。

3 結束語

通過以上分析可以得知，設計剪力墻肢時應盡可能引導剪力墻肢塑性鉸出現在墻肢底部，并應通過構造措施避免塑性鉸的過早形成；盡可能控制墻肢上部不出現塑性鉸，如果不可避免，也要準確判斷其位置，采取必要的加強措施；墻肢還應通過具體的計算和構造加強措施使其直到所在設防烈度區的罕遇地震反應為止，都不宜出現剪切破壞。

［1］GB50011-2010建筑抗震設計規范［S］.

［2］王亞勇，戴國瑩.建筑抗震設計規范疑問解答［M］.北京：中國建筑工業出版社，2006.

［3］GB50010-2002混凝土結構設計規范［S］.